[发明专利]一种基于脆弱水印的JPEG图像篡改检测方法

说明书

本发明公开一种基于脆弱水印的JPEG图像篡改检测方法，首先，解码JPEG图像获取亮度DCT分块数量及每个亮度分块中的DCT量化系数；使用密钥K生成一个伪随机数矩阵，使每个DCT块可分配得到一个伪随机数；对每个DCT块的伪随机数结合DCT量化系数计算包含16个比特信息的脆弱水印；将水印嵌入到DCT量化系数中得到含有脆弱水印的JPEG图像。检验时，解码目标图像的亮度块DCT量化系数；以密钥K生成伪随机矩阵；接着以同样方法计算脆弱水印；提取待测照片DCT量化系数中的水印与计算出的脆弱水印进行比对，若不相等则判定DCT块已被篡改，图像所有DCT块均未篡改时，判定该JPEG图像未被篡改。

技术领域

本发明涉及信息隐藏、数字水印、数字取证、篡改检测领域，具体的涉及一种基于脆弱水印的JPEG图像篡改检测方法。

背景技术

随着数字媒体与互联网技术的发展，个人或者组织机构在网络上发布或者传播数字图像的现象已变得越来越普遍。数字图像也因此成为了一种越来越重要和常见的信息载体和数字凭证。然而Photoshop、美图秀秀之类的图像编辑软件的出现及广泛使用导致了数字图像内容极易被编辑、篡改甚至伪造。数字图像具有的易篡改和易伪造的特点使其作为数字凭证而使用时面临着信息安全隐患和信任危机。现有的数字图像中常常缺乏对数据完整性的防护技术或者使用密码学数字摘要进行整体校验。一旦出现验证错误，即认为所有数据内容被篡改而不可信，无法定位篡改位置。目前还有一类对图像篡改进行检测的主动取证技术则是利用脆弱或者半脆弱水印的方式实现，而水印主要是作为图像内容的校验数据存在。由于任何被篡改过的图像，不可避免地会破坏水印信息。因此，校验时通过提取该校验信息并验证其完整性来判断该图像是否遭受过篡改。

CN112017093A《一种基于DCT变换的图像防篡改检测算法》与CN1184795C《脆弱数字水印嵌入与提取方法》对图像空域亮度图像进行DCT变换后的系数上进行水印嵌入。嵌入水印后再进行反变换得到含水印的图像。由于反变换后的像素数值需要截断到0-255之间，这必然会造成脆弱水印的破坏。此外，使用JPEG等有损压缩后，该水印图片中的脆弱水印则会进一步遭受压缩破坏。而现实应用中JPEG图像作为一种最为普遍使用的图像压缩格式，对其进行篡改保护具有极高的应用价值。由于其本身即为采用DCT量化后的系数实现图像存储，这使该系数可以作为天然的脆弱水印载体。含脆弱水印的图像直接以JPEG这种高压缩比的格式存储，更适合现实场景。基于以上现状，本发明公开一种基于脆弱水印的JPEG图像防篡改方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在JPEG图像篡改位置不能明确确定，图片脆弱水印容易遭到破坏等问题，提出一种基于脆弱水印的JPEG图像防篡改方法，以块为单位进行校验，相比于传统的哈希或者数字签名，可以有效定位篡改位置。同时校验区域仅限定于图像数据部分，对于JPEG头部的tiff结构中备注信息的变动，不会误报为图像内容遭受篡改。

本发明提出一种基于脆弱水印的JPEG图像防篡改方法，主要包括JPEG图像的脆弱水印嵌入和脆弱水印校验两个主要步骤，所述JPEG图像脆弱水印嵌入步骤为：

（1）解码JPEG图像获取亮度DCT分块数量及每个亮度分块中的DCT量化系数；

（2）使用密钥K生成伪随机数矩阵，使每个DCT块可分配得到一个伪随机数；接着对每个DCT块的伪随机数结合DCT量化系数计算生成包含16个比特信息的脆弱水印W_x,y；将脆弱水印W_x,y嵌入到DCT量化系数中得到含有脆弱水印的JPEG图像；

所述JPEG图像篡改检测步骤为：

a.解码待测JPEG图像获取亮度DCT分块数量及每个亮度分块中的DCT量化系数；